5.2.2. Dual-Slope-Verfahren
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Dual-Slope- (Zwei-Rampen-)Verfahren Der Kondensator C wird während der konstanten Integationszeit t1 von der analogen Eingangsspannung aufgeladen. Der Ladezustand des Kondensators ist also direkt proportional zur Eingangsspannung. Die Steuerlogik sorgt dann dafür, dass am Eingang des Integrators nun eine Gegenspannung URef angelegt wird. Durch diese Gegenspannung wird der Kondensator zeitproportional auf 0 Volt entladen. Ein Taktgenerator gibt während dieser Endladezeit t2 Taktimpulse an einen Zähler weiter, wodurch dieser hochgezählt wird. Die Anzahl der Impulse ist proportional der analogen Eingangsspannung. Die digitale Information im Zähler ist der Wert der umgewandelten analogen Eingangsspannung. Vorteile:
hohe Genauigkeit (Fehler; 0,01%)
Nachteil:
Anwendung: Digitalmultimeter |
Für die Eingangsspannung, die Referenzspannung sowie für die Festzeit t1 und die Messzeit t2 gilt folgender Zusammenhang:
mit t1 = Festzeit, t2 = Messzeit
Taktfrequenz und Proportionalitätsfaktor des Operationsverstärkers für die Sägezahnspannung treten in der Gleichung nicht auf. Schwankungen dieser Größen verfälschen nicht das Wandlungsergebnis, solange sie sich nicht während eines Messzyklusses ändern. Ausgangsspannung am Integrator nach der Zeit t1:
Mit: n1 Anzahl Zählimpulse für die Zeit t1.
T: Periodendauer des Taktoszillators,
τ: Integrationskonstante des Integrators.
Die
Zeit t2 für das Zurückintegrieren ist
Daraus
erhält man für den Zählerstand im Ergebniszähler:
Eigenschaften des Dual-Slope-Verfahren:
Das Ergebnis hängt nicht von der Taktfrequenz ab, da alle Zeiten von ihr abgeleitet werden.
Der Absolutwert des R-C-Gliedes beeinflusst das Ergebnis nicht. Durch die zweimalige Integration sind die Integrationszeiten und
wichtig.
Das Verfahren ist wenig anfällig gegen Störspannungen. Alle Frequenzen, die ein Vielfaches von
sind
werden unterdrückt.
Die Referenzspannungsquelle muss die geforderte Präzision haben.
Der Integrationskondensator sollte eine möglichst geringe Spannungshysterese haben, also zum Beispiel Polystyrol als Dielektrikum haben.
5.2.3. Delta-Sigma-Verfahren
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Delta-Sigma-A/D-Umsetzer Die Abtastfrequenz, die im Bereich einiger MHz liegt also weit über der aus dem Abtasttheorem sich ergebenden Nyquistfrequenz, steht eine Auflösung von nur einem Bit gegenüber. Durch eine anschließende digitale Tiefpaßfilterung wird die Auflösung erheblich erhöht, wobei eine gleichzeitige Reduzierung der Datenrate stattfindet. Der Anwendungsbereich von Delta-Sigma-A/D-Umsetzern befindet sich bei Abtastfrequenzen bis 100kHz und Umsetzungsgenauigkeiten von bis zu 24 Bit. |
